靜載試驗(yàn)基準(zhǔn)系統(tǒng)的輕便化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

肖藝光，謝永橋，劉捷華

（1、廣州市從化區(qū)建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)室 廣州 510900；2、廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州 510500）

0 引言

靜載試驗(yàn)是目前公認(rèn)的檢測(cè)基樁承載力最直觀、最可靠，同時(shí)也是使用最普遍的一種試驗(yàn)方法［1-4］。為了保證靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性［5］，提高基樁檢測(cè)工作的質(zhì)量和檢測(cè)評(píng)定結(jié)果的可靠性，基準(zhǔn)梁和基準(zhǔn)樁的安裝與設(shè)置起到了非常關(guān)鍵的作用。基準(zhǔn)梁和基準(zhǔn)樁問(wèn)題是實(shí)際試驗(yàn)中看似簡(jiǎn)單卻容易忽視的問(wèn)題，譬如某些試驗(yàn)項(xiàng)目為了便捷而不打基準(zhǔn)樁、將基準(zhǔn)梁隨意放置、基準(zhǔn)樁打入深度不夠或不牢固、基準(zhǔn)梁的長(zhǎng)度不符合規(guī)范要求、基準(zhǔn)梁的剛度不夠而產(chǎn)生較大的撓曲變形等原因都將影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因此，設(shè)計(jì)出一款方便安裝和使用，同時(shí)其剛度與長(zhǎng)度又能滿足規(guī)范要求的基準(zhǔn)樁和基準(zhǔn)梁，在基樁檢測(cè)中具有非常重要的意義。

1 靜載試驗(yàn)基準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 靜載試驗(yàn)基準(zhǔn)系統(tǒng)的研發(fā)思路

該基準(zhǔn)系統(tǒng)是由基準(zhǔn)樁和基準(zhǔn)梁組成?；鶞?zhǔn)樁與基準(zhǔn)梁的設(shè)置應(yīng)考慮以下因素：要具有一定剛度，不易產(chǎn)生較大的撓曲變形；焊接性能好，切削性能好，基準(zhǔn)樁的一端能較容易進(jìn)行切削，切削環(huán)境不講究；當(dāng)基準(zhǔn)樁樁尖錘擊入土?xí)r，樁尖不容易發(fā)生明顯變形；對(duì)基準(zhǔn)樁和基準(zhǔn)梁進(jìn)行安裝時(shí)，應(yīng)滿足《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范：JGJ 106—2014》［6］要求：基準(zhǔn)梁的一端應(yīng)固定在基準(zhǔn)樁上，另一端應(yīng)簡(jiǎn)支于基準(zhǔn)樁上；構(gòu)件尺寸要適宜，要滿足便于人力安裝和運(yùn)送的條件。

在基準(zhǔn)系統(tǒng)中，基準(zhǔn)梁的尺寸、長(zhǎng)度是重要關(guān)注點(diǎn)。為了讓基準(zhǔn)梁便于人力運(yùn)送和安裝，往往采用將兩節(jié)或以上的構(gòu)件進(jìn)行拼接，考慮構(gòu)件長(zhǎng)度不超過(guò)3 m。從工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得知，目前基準(zhǔn)梁多采用工字鋼等制作［7］，其優(yōu)點(diǎn)是剛度大，缺點(diǎn)是質(zhì)量較重，拼接難度大，不利于人工安裝搬運(yùn)。對(duì)于長(zhǎng)度較大的基準(zhǔn)梁，一般采用鋼管制作［8］，也可直接采用12 m 工字鋼［9］。鋼管制作的基準(zhǔn)梁既能保證長(zhǎng)度要求又能保證其剛度要求，但不管是采用鋼管，還是采用工字鋼拼接，依然無(wú)法避免其尺寸大、重量大而導(dǎo)致安裝運(yùn)輸困難。為了解決以上問(wèn)題，我們采用鋁合金制作的方管作為基準(zhǔn)梁體，鋁合金方管具有密度小、重量輕的特點(diǎn)，因此是基準(zhǔn)梁體比較理想的材料。

1.2 靜載試驗(yàn)基準(zhǔn)系統(tǒng)構(gòu)件的設(shè)計(jì)

本文中基準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮采用螺栓連接、構(gòu)件拼接的方式使基準(zhǔn)系統(tǒng)達(dá)到尺寸適宜、安裝簡(jiǎn)單，靈活實(shí)用的效果。對(duì)于基準(zhǔn)樁，可采用槽鋼或圓鋼作為樁體材料，材料為不宜少于1 200 mm 的8#槽鋼或者40#圓鋼。為了使基準(zhǔn)樁更容易打入土中，將基準(zhǔn)樁一端加工成尖角形狀，切削角度宜為60°，切削高度宜為200 mm。同時(shí)為避免基準(zhǔn)樁打入土里太深或太淺，在基準(zhǔn)樁體沿樁體長(zhǎng)度每間隔100 mm 設(shè)置一個(gè)定位孔以滿足基準(zhǔn)樁與基準(zhǔn)梁的安裝高度（見(jiàn)圖1）。配套設(shè)計(jì)一個(gè)鎖緊構(gòu)件作為基準(zhǔn)樁與基準(zhǔn)梁連接的配件，鎖緊構(gòu)件的工作原理是使用螺栓穿過(guò)基準(zhǔn)樁上的定位孔與基準(zhǔn)樁固定在一起，鎖緊構(gòu)件設(shè)置為凹槽形狀，可根據(jù)基準(zhǔn)樁不同的打入深度要求而調(diào)整高度，凹槽的另一端設(shè)置限位螺栓，使基準(zhǔn)梁的一端緊緊固定在凹槽內(nèi)（見(jiàn)圖2）。對(duì)于基準(zhǔn)梁，采用截面尺寸為100 mm×50 mm×6 mm、長(zhǎng)度均為3 m 的矩形鋁合金方管作為一個(gè)基準(zhǔn)梁節(jié)段，并配套設(shè)計(jì)活動(dòng)套筒，通過(guò)活動(dòng)套筒將基準(zhǔn)梁節(jié)段連接起來(lái)，根據(jù)試驗(yàn)規(guī)模的大小拼接成6 m、9 m的基準(zhǔn)梁（見(jiàn)圖3）。

圖1 8#槽鋼基準(zhǔn)樁Fig.1 8# Channel Steel Benchmark Pile

圖2 鎖緊構(gòu)件及基準(zhǔn)樁與鎖緊構(gòu)件連接Fig.2 Locking Component and Connection between Benchmark Pile and Locking Component

圖3 基準(zhǔn)樁與基準(zhǔn)梁連接示意圖及基準(zhǔn)梁拼接局部安裝Fig.3 Installation of Benchmark Beam and Partial Installation of Benchmark Beam Splicing

2 靜載試驗(yàn)基準(zhǔn)系統(tǒng)的工程應(yīng)用

該工程位于廣州市從化區(qū)，需進(jìn)行單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證檢測(cè)樁的豎向抗拔承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求。該工程通過(guò)使用輕便型基準(zhǔn)系統(tǒng)，達(dá)到了安裝快捷，穩(wěn)定牢固的效果，其安裝情況如圖3所示。

靜載試驗(yàn)基準(zhǔn)系統(tǒng)安裝完成后，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)檢測(cè)規(guī)范：廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ/T 15-60—2019》［10］要求進(jìn)行單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)采用快速維持荷載法進(jìn)行加載，加載時(shí)每級(jí)荷載維持時(shí)間不應(yīng)少于1 h，最后15 min時(shí)間間隔的樁頂上拔增量小于相鄰15 min時(shí)間間隔的樁頂上拔增量，當(dāng)樁頂上拔速率達(dá)到相對(duì)收斂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，再施加下一級(jí)荷載。每級(jí)加載為要求最大試驗(yàn)荷載的1/10，第一級(jí)和第二級(jí)可按2 倍分級(jí)荷載加載。試驗(yàn)過(guò)程中基準(zhǔn)梁、基樁準(zhǔn)協(xié)調(diào)工作良好，無(wú)出現(xiàn)異常情況。本文選擇了其中一根檢測(cè)樁進(jìn)行了分析，其U-δ曲線和δ-lgt曲線如圖4所示。

圖4 樁1在上拔荷載作用下的U-δ 曲線和δ-lgt曲線Fig.4 U-δ Curve and δ-lgt Curve of Pile 1 under Uplift Load

由圖4 的單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)的上拔荷載-樁頂上拔量（U-δ）關(guān)系曲線和樁頂上拔量-時(shí)間對(duì)數(shù)（δ-lgt）關(guān)系曲線可知，U-δ曲線平緩，δ-lgt曲線呈平緩規(guī)則排列，試驗(yàn)數(shù)據(jù)能客觀真實(shí)地反映抗拔樁的工作性能，證明本文設(shè)計(jì)的靜載試驗(yàn)基準(zhǔn)系統(tǒng)工作性能良好，能很好地滿足規(guī)范的試驗(yàn)要求。

3 結(jié)論

本文立足當(dāng)前靜載試驗(yàn)基準(zhǔn)系統(tǒng)的安裝、運(yùn)輸以及試驗(yàn)過(guò)程中的穩(wěn)定性等問(wèn)題，針對(duì)目前常用的試驗(yàn)基準(zhǔn)系統(tǒng)，采用拼接的方式，對(duì)構(gòu)件的材質(zhì)和尺寸進(jìn)行了輕量化并大大拓展了構(gòu)件的功能性、便捷性和穩(wěn)定性，通過(guò)實(shí)際工程應(yīng)用，驗(yàn)證了其能很好地解決基樁梁安裝運(yùn)輸不便、基準(zhǔn)樁與基準(zhǔn)梁的連接不穩(wěn)定的難題，保證了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，本次靜載試驗(yàn)輕便化基準(zhǔn)系統(tǒng)的研制成功，對(duì)靜載試驗(yàn)設(shè)備專業(yè)化研究具有重要作用。